磁轴承
阅读：470发布：2021-06-16
专利汇可以提供磁轴承专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种磁 轴承 ， 转子 叠片和推 力 盘设置在上磁极和下磁极之间，转子叠片设置在推力盘的外侧，推力盘与上磁极之间设有上轴向工作间隙，与下磁极之间设有下轴向工作间隙； 定子 叠片套设在转子叠片的外侧，定子叠片与转子叠片之间设有径向工作间隙；永磁偏置磁 钢 套设在定子叠片的外侧；导磁环套设在永磁偏置磁钢的外侧；轴向控制线圈设置在上磁极和下磁极之间；径向控制线圈设置在定子叠片上。本发明提供的 磁轴承 ，在轴向控制线圈通电时，轴向控制线圈形成的磁路经过推力盘而不经过转子叠片，从而避免转子叠片受到轴向力，防止轴向力导致的转子叠片散片现象；径向控制线圈形成的磁路经过转子叠片，降低了磁轴承的转子 涡流 损耗。，下面是磁轴承专利的具体信息内容。
1.一种磁轴承，其特征在于，包括：
轴向磁轴承定子，包括上磁极和下磁极；
转子叠片和推力盘，设置在所述上磁极和所述下磁极之间，所述转子叠片设置在所述推力盘的外侧，所述推力盘与所述上磁极之间设有上轴向工作间隙，所述推力盘与所述下磁极之间设有下轴向工作间隙；
定子叠片，设置在所述上磁极和所述下磁极之间，并套设在所述转子叠片的外侧，所述定子叠片与所述转子叠片之间设有径向工作间隙；
永磁偏置磁钢，套设在所述定子叠片的外侧；
导磁环，套设在所述永磁偏置磁钢的外侧；
轴向控制线圈，设置在所述上磁极和所述下磁极之间，用于产生轴向控制磁通；
径向控制线圈，设置在所述定子叠片上，用于产生径向控制磁通；
所述永磁偏置磁钢的磁路包括第一路和第二路，所述第一路由所述永磁偏置磁钢通过所述导磁环后，经所述上磁极-所述上轴向工作间隙-所述推力盘-所述转子叠片-所述径向工作间隙-所述定子叠片回到所述永磁偏置磁钢而闭合，所述第二路由所述永磁偏置磁钢通过所述导磁环后，经所述下磁极-所述下轴向工作间隙-所述推力盘-所述转子叠片-所述径向工作间隙-所述定子叠片回到所述永磁偏置磁钢而闭合；所述轴向控制线圈通电时，形成的磁路经所述导磁环-所述上磁极-所述上轴向工作间隙-所述推力盘-所述下轴向工作间隙-所述下磁极，回到所述导磁环；所述径向控制线圈通电时，形成的磁路经所述定子叠片-所述径向工作间隙回到所述定子叠片。
2.根据权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，
所述转子叠片套设在所述推力盘的外侧，并与所述推力盘过盈配合。
3.根据权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，包括：
转轴，所述推力盘套设在所述转轴的外侧，并与所述转轴过盈配合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，包括：
至少两个固定件，分别压设在所述转子叠片的相对的两端。
5.根据权利要求4所述的磁轴承，其特征在于，
所述固定件套设在所述推力盘的外侧，并与所述推力盘过盈配合。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，
所述轴向控制线圈包括第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈，所述第一轴向控制线圈和所述第二轴向控制线圈串联连接，或者，所述第一轴向控制线圈和所述第二轴向控制线圈分别注入直流电进行控制。
7.根据权利要求6所述的磁轴承，其特征在于，
所述第一轴向控制线圈和所述第二轴向控制线圈分别位于所述永磁偏置磁钢的上下两侧，且上下对称。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，包括：
非导磁的轴向控制线圈支架，所述轴向控制线圈设置在所述轴向控制线圈支架上。
9.根据权利要求8所述的磁轴承，其特征在于，
所述轴向控制线圈支架上设有具有开口端的安装孔，所述轴向控制线圈通过所述开口端插入所述安装孔内，所述轴向控制线圈支架上设有用于封盖所述开口端的限位件。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，
所述永磁偏置磁钢的材质包括钕铁硼或衫钴材料；和/或，所述永磁偏置磁钢径向充磁。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，
所述永磁偏置磁钢包括多个永磁块，多个所述永磁块沿所述磁轴承的周向间隔设置。
12.根据权利要求11所述的磁轴承，其特征在于，包括：
非导磁的永磁偏置磁钢支架，多个所述永磁块设置在所述永磁偏置磁钢支架上。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，
所述上磁极、所述下磁极、所述导磁环的材质为软磁材料，所述软磁材料包括电工纯铁、低碳钢和导磁不锈钢中的至少一种。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，
所述定子叠片包括三个或四个磁极，每一所述磁极上绕设有所述径向控制线圈，X轴正负方向的所述磁极串联，Y轴正负方向的所述磁极串联。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承，其特征在于，
所述径向控制线圈与所述定子叠片之间设有绝缘隔板。
磁轴承
技术领域
背景技术
[0002] 磁轴承利用电磁力作用将转子悬浮于空间，使转子与定子之间没有机械摩擦，是一种低损耗、高性能轴承。在实现高转速的同时，还具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，在高速设备中的应用越来越广泛。目前磁轴承主要有两类：纯电磁磁轴承和永磁偏置磁轴承。其中永磁偏置磁轴承中永磁体的价格会导致磁轴承成本增加。
[0003] 一相关技术中提出一种三自由度集成的轴-径向组合磁轴承，该磁轴承采用两个永磁环提供偏置磁场，分别位于定子叠片的两端，增加了磁轴承成本。另外，磁轴承转子部分采用硅钢叠片，可以降低径向磁轴承功耗，但轴向力会导致转子硅钢叠片存在散片风险。
发明内容
[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提供一种磁轴承。
[0006] 为实现上述目的，本发明的一个方面的技术方案提供了一种磁轴承，包括：轴向磁轴承定子，包括上磁极和下磁极；转子叠片和推力盘，设置在所述上磁极和所述下磁极之间，所述转子叠片设置在所述推力盘的外侧，所述推力盘与所述上磁极之间设有上轴向工作间隙，所述推力盘与所述下磁极之间设有下轴向工作间隙；定子叠片，设置在所述上磁极和所述下磁极之间，并套设在所述转子叠片的外侧，所述定子叠片与所述转子叠片之间设有径向工作间隙；永磁偏置磁钢，套设在所述定子叠片的外侧；导磁环，套设在所述永磁偏置磁钢的外侧；轴向控制线圈，设置在所述上磁极和所述下磁极之间，用于产生轴向控制磁通；径向控制线圈，设置在所述定子叠片上，用于产生径向控制磁通；所述永磁偏置磁钢的磁路包括第一路和第二路，所述第一路由所述永磁偏置磁钢通过所述导磁环后，经所述上磁极-所述上轴向工作间隙-所述推力盘-所述转子叠片-所述径向工作间隙-所述定子叠片回到所述永磁偏置磁钢而闭合，所述第二路由所述永磁偏置磁钢通过所述导磁环后，经所述下磁极-所述下轴向工作间隙-所述推力盘-所述转子叠片-所述径向工作间隙-所述定子叠片回到所述永磁偏置磁钢而闭合；所述轴向控制线圈通电时，形成的磁路经所述导磁环-所述上磁极-所述上轴向工作间隙-所述推力盘-所述下轴向工作间隙-所述下磁极，回到所述导磁环；所述径向控制线圈通电时，形成的磁路经所述定子叠片-所述径向工作间隙回到所述定子叠片。
[0007] 本发明上述技术方案提供的磁轴承，通过共用一个永磁偏置磁钢作为静态偏置磁场，并使永磁偏置磁钢只提供平衡负载或外界干扰的动磁场，大大降低系统因偏磁电流产生的功率损耗，节约了能源，降低了成本。
[0008] 在转子叠片内侧设置推力盘，在轴向控制线圈通电时，轴向控制线圈形成的磁路经过推力盘而不经过转子叠片，从而避免转子叠片受到轴向力，防止轴向力导致转子叠片散片，提高磁轴承的可靠性。
[0009] 另外，本发明上述技术方案提供的磁轴承还具有如下附加技术特征：
[0010] 上述技术方案中，所述转子叠片套设在所述推力盘的外侧，并与所述推力盘过盈配合。
[0012] 转子叠片与推力盘过盈配合，实现了转子叠片与推力盘的固定连接。可以理解，转子叠片与推力盘也可以采用其它方式固定连接，例如转子叠片与推力盘之间采用紧固件固定连接、或者相卡接或者相焊接或采用胶粘剂粘结。
[0014] 上述任一技术方案中，所述磁轴承包括：转轴，所述推力盘套设在所述转轴的外侧，并与所述转轴过盈配合。
[0015] 转轴与推力盘过盈配合，实现了转轴与推力盘的固定连接。可以理解，转轴与推力盘也可以采用其它方式固定连接，例如转轴与推力盘之间采用紧固件固定连接、或者相卡接或者相焊接或采用胶粘剂粘结。
[0016] 上述任一技术方案中，所述磁轴承包括：至少两个固定件，分别压设在所述转子叠片的相对的两端，例如至少两个固定件分别压设在转子叠片上下两端，防止转子叠片的硅钢散片。
[0017] 固定件可以呈圆环形，且固定件的形状和尺寸与转子叠片的形状和尺寸相同。
[0018] 上述任一技术方案中，所述固定件套设在所述推力盘的外侧，并与所述推力盘过盈配合。
[0019] 固定件与推力盘过盈配合，实现了固定件与推力盘的固定连接。可以理解，固定件与推力盘也可以采用其它方式固定连接，例如固定件与推力盘之间采用紧固件固定连接、或者相卡接或者相焊接或采用胶粘剂粘结。
[0020] 上述任一技术方案中，所述轴向控制线圈包括第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈，所述第一轴向控制线圈和所述第二轴向控制线圈串联连接，或者，所述第一轴向控制线圈和所述第二轴向控制线圈分别注入直流电进行控制。
[0021] 轴向控制线圈位于上磁极和下磁极之间，包括第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈，第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈串联，产生的磁场方向一致。或者，第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈分别注入直流电进行控制，但需要保证第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈产生的磁场方向一致。
[0022] 将轴向控制线圈拆分为第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈两部分，可以增加散热面积，提高磁轴承的寿命。
[0023] 上述任一技术方案中，所述第一轴向控制线圈和所述第二轴向控制线圈分别位于所述永磁偏置磁钢相对的两侧，且上下对称。
[0024] 第一轴向控制线圈位于永磁偏置磁钢的上方，第二轴向控制线圈位于永磁偏置磁钢的下方，第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈为完全一致的线圈，相对于永磁偏置磁钢呈上下对称分布，方便对磁轴承径向运动的控制。
[0025] 上述任一技术方案中，所述磁轴承包括：非导磁的轴向控制线圈支架，所述轴向控制线圈设置在所述轴向控制线圈支架上，实现轴向控制线圈的固定。
[0027] 轴向控制线圈支架呈圆环形，轴向控制线圈绕设在轴向控制线圈支架上。轴向控制线圈支架包括第一轴向控制线圈支架和第二轴向控制线圈支架，第一轴向控制线圈绕设在第一轴向控制线圈支架上，第二轴向控制线圈绕设在第二轴向控制线圈支架上，第一轴向控制线圈支架和第二轴向控制线圈支架均呈圆环形。第一轴向控制线圈支架位于永磁偏置磁钢的上方，第二轴向控制线圈支架位于永磁偏置磁钢的下方。
[0028] 上述任一技术方案中，所述轴向控制线圈支架上设有具有开口端的安装孔，所述轴向控制线圈通过所述开口端插入所述安装孔内，所述轴向控制线圈支架上设有用于封盖所述开口端的限位件，限位件可以为胶层。
[0030] 第一轴向控制线圈支架和第二轴向控制线圈支架背离转轴的一侧设有安装孔，且安装孔开口朝向背离转轴的一侧，方便轴向控制线圈绕设在轴向控制线圈支架上。
[0032] 上述任一技术方案中，所述永磁偏置磁钢包括多个永磁块，多个所述永磁块沿所述磁轴承的周向间隔设置。
[0033] 多个永磁块沿磁轴承的周向间隔设置，永磁块呈弧形，例如永磁块呈圆弧形。永磁块的数量与磁钢分布角度和直径大小决定。两个永磁块完全贴合时，两者具有排斥力，因此，永磁块沿磁轴承的周向间隔设置，可以减小永磁块收到的来自其它永磁块的排斥力，方便永磁块的固定。
[0034] 上述任一技术方案中，所述磁轴承包括：非导磁的永磁偏置磁钢支架，多个所述永磁块设置在所述永磁偏置磁钢支架上。
[0035] 永磁偏置磁钢支架呈弧形，例如永磁偏置磁钢支架呈圆环形，并套设在定子叠片的外侧，永磁块沿永磁偏置磁钢的周向设置在永磁偏置磁钢支架上。永磁块与永磁偏置磁钢支架可以采用模内成型的工艺制成或者，永磁偏置磁钢支架上设有与多个永磁块一一对应的限位孔，永磁块位于限位孔内，永磁块与限位孔过盈配合或者永磁块通过胶粘剂粘结在限位孔内。
[0037] 可以理解，软磁材料还可以是除电工纯铁、低碳钢和导磁不锈钢外的其它材料，即上磁极、下磁极和导磁环的材质可以为但不限于电工纯铁、低碳钢或导磁不锈钢。
[0038] 上述任一技术方案中，所述定子叠片包括三个或四个磁极，每一所述磁极上绕设有所述径向控制线圈，X轴正负方向的所述磁极串联，产生的磁场方向一致，Y轴正负方向的所述磁极串联，产生的磁场方向一致。
[0039] 上述任一技术方案中，所述径向控制线圈与所述定子叠片之间设有绝缘隔板。
[0041] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0042] 图1是本发明的一个实施例所述的磁轴承的剖视结构示意图；
[0043] 图2是本发明的一个实施例所述的磁轴承的径向磁路图；
[0044] 图3是本发明的一个实施例所述的永磁偏置磁钢组件的结构示意图；
[0045] 图4是本发明的一个实施例所述的轴向控制线圈与轴向控制线圈支架的配合结构示意图；
[0046] 图5为本发明的转子组件的结构示意图。
[0047] 其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
[0048] 11导磁环，12永磁偏置磁钢，13永磁偏置磁钢支架，14定子叠片，15径向控制线圈，16绝缘隔板，21上磁极，221轴向控制线圈，2211第一轴向控制线圈，2212第二轴向控制线圈，222轴向控制线圈支架，223胶层，3下磁极，41轴向工作间隙，42径向工作间隙，43永磁偏置磁路，44轴向控制磁路，45径向控制磁通，46上轴向工作间隙，51转轴，52推力盘，53转子叠片，54固定件。
具体实施方式
[0049] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0051] 下面参照附图描述根据本发明一些实施例的磁轴承。
[0052] 如图1所示，根据本发明一些实施例提供的一种磁轴承，包括轴向磁轴承定子、转子叠片53和推力盘52、定子叠片14、永磁偏置磁钢12、导磁环11、轴向控制线圈221和径向控制线圈15。
[0053] 轴向磁轴承定子包括上磁极21和下磁极3；转子叠片53和推力盘52设置在上磁极21和下磁极3之间，转子叠片53设置在推力盘52的外侧，推力盘52与上磁极21之间设有上轴向工作间隙46，推力盘52与下磁极3之间设有下轴向工作间隙41；定子叠片14设置在上磁极
21和下磁极3之间，并套设在转子叠片53的外侧，定子叠片14与转子叠片53之间设有径向工作间隙42；永磁偏置磁钢12套设在定子叠片14的外侧；导磁环11套设在永磁偏置磁钢12的外侧；轴向控制线圈221设置在上磁极21和下磁极3之间，用于产生轴向控制磁通，以控制磁轴承轴向的运动；径向控制线圈15设置在定子叠片14上，用于产生径向控制磁通，以控制磁轴承径向的运动；永磁偏置磁钢12的磁路包括第一路和第二路，第一路由永磁偏置磁钢12通过导磁环11后，经上磁极21-上轴向工作间隙46-推力盘52-转子叠片53-径向工作间隙
42-定子叠片14回到永磁偏置磁钢12而闭合，第二路由永磁偏置磁钢12通过导磁环11后，经下磁极3-下轴向工作间隙41-推力盘52-转子叠片53-径向工作间隙42-定子叠片14回到永磁偏置磁钢12而闭合；轴向控制线圈通电时，形成的磁路经导磁环11-上磁极21-上轴向工作间隙46-推力盘52-下轴向工作间隙41-下磁极3，回到导磁环11；径向控制线圈15通电时，形成的磁路经定子叠片14-径向工作间隙42回到定子叠片14，具体地，径向控制线圈15通电时，如图2所示，形成的磁路经定子叠片14-径向工作间隙42-转子叠片53-径向工作间隙42回到定子叠片14，径向控制线圈15形成的磁路经过转子叠片53，降低了磁轴承的转子涡流损耗。
21和下磁极3之间，并套设在转子叠片53的外侧，定子叠片14与转子叠片53之间设有径向工作间隙42；永磁偏置磁钢12套设在定子叠片14的外侧；导磁环11套设在永磁偏置磁钢12的外侧；轴向控制线圈221设置在上磁极21和下磁极3之间，用于产生轴向控制磁通，以控制磁轴承轴向的运动；径向控制线圈15设置在定子叠片14上，用于产生径向控制磁通，以控制磁轴承径向的运动；永磁偏置磁钢12的磁路包括第一路和第二路，第一路由永磁偏置磁钢12通过导磁环11后，经上磁极21-上轴向工作间隙46-推力盘52-转子叠片53-径向工作间隙
42-定子叠片14回到永磁偏置磁钢12而闭合，第二路由永磁偏置磁钢12通过导磁环11后，经下磁极3-下轴向工作间隙41-推力盘52-转子叠片53-径向工作间隙42-定子叠片14回到永磁偏置磁钢12而闭合；轴向控制线圈通电时，形成的磁路经导磁环11-上磁极21-上轴向工作间隙46-推力盘52-下轴向工作间隙41-下磁极3，回到导磁环11；径向控制线圈15通电时，形成的磁路经定子叠片14-径向工作间隙42回到定子叠片14，具体地，径向控制线圈15通电时，如图2所示，形成的磁路经定子叠片14-径向工作间隙42-转子叠片53-径向工作间隙42回到定子叠片14，径向控制线圈15形成的磁路经过转子叠片53，降低了磁轴承的转子涡流损耗。
[0054] 本发明上述技术方案提供的磁轴承，为一种低功耗、长寿命、高可靠性的轴-径向三自由度磁轴承。通过共用一个永磁偏置磁钢12作为静态偏置磁场，并使永磁偏置磁钢12只提供平衡负载或外界干扰的动磁场，大大降低系统因偏磁电流产生的功率损耗，节约了能源，降低了成本。
[0055] 在一些实施例中，如图1所示，永磁偏置磁钢12的磁路由N(S)极通过导磁环11后分为两路，一路经上磁极21-上轴向工作间隙46-推力盘52-转子叠片53-径向工作间隙42-定子叠片14-永磁偏置磁钢S(N)极而闭合，另一路经下磁极3-下轴向工作间隙41-推力盘52-转子叠片53-径向工作间隙42-定子叠片14-永磁偏置磁钢S(N)极而闭合。需要说明的是，永磁偏置磁钢的N极和S极指向无限制，N极和S极可以互换。当推力盘52处于平衡位置时，永磁偏置磁钢12产生的磁通在转子(转子包括转子叠片和推力盘)Z轴两侧的间隙是相同的，即Φpwn1＝Φpwn2，因而上下轴向磁轴承的偏置磁钢产生吸力F1与F2相同，为：
[0056]
[0057] 其中，μ0为真空的磁导率，Az为上下轴向定子磁极截面积。
[0058] 如图1所示，假设转子在参考位置上受到一个沿Z轴负向的扰动，转子就会偏离参考位置而向下运动，此时轴向磁轴承定子与转子之间的间隙就会发生变化，即上轴向工作间隙46变大，因而永磁偏置磁钢12产生的磁通减小，故产生的吸力减小；而下轴向工作间隙41变小，永磁偏置磁钢12产生的磁通增加，故产生的吸力增加，所以仅靠永磁偏置磁钢12是不能将轴向磁轴承转子稳定在平衡位置。磁轴承上设有传感器，具体地传感器可以设置在转子上，并与控制器电连接，控制器与功率放大器电连接，功率放大器与轴向控制线圈221电连接。传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换为控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流，该控制电流使上轴向工作间隙46和下轴向工作间隙41处分别产生电磁磁通Φiz1和Φiz2，Φiz1在上轴向工作间隙46处与永磁磁通Φpwn1叠加，使永磁偏置磁钢12在上轴向工作间隙46处的吸力增加，而Φiz2在下轴向工作间隙41处抵消永磁磁通Φpwn2，使永磁偏置磁钢12在下轴向工作间隙41处的吸力减小，由此可得上轴向工作间隙46处的吸力F1和下轴向工作间隙41处的吸力F2为：
[0059]
[0060]
[0061] 此时转子可以重新返回到原来的平衡位置；同理，如果转子受到一个沿Z轴正向的扰动而向上运动时，可以得出类似的结论。
[0062] 径向磁轴承工作原理与轴向磁轴承类似，如图1和图2所示，永磁偏置磁钢12在定子叠片14和转子叠片52之间产生恒定的沿径向分布向外的永磁偏置磁通43。以Y轴为例，如图2所示，﹢Y方向和-Y方向径向控制线圈15连接在一起，径向控制线圈15通正电流时，﹢Y方向产生沿径向向外控制磁通45，与永磁偏置磁钢产生的永磁偏置磁通43同向，磁场强度加强；-Y方向产生沿径向向内的同等大小的磁通45，与永磁偏置磁通43反向，磁场强度减弱，因此会对转子叠片52产生向上的磁拉力，反之亦然。
[0063] 在转子叠片53内侧设置推力盘52，在轴向控制线圈221通电时，轴向控制线圈221形成的磁路经过推力盘52而不经过转子叠片53，从而避免转子叠片53受到轴向力，防止轴向力导致转子叠片53散片，提高磁轴承的可靠性。
[0064] 在一些实施例中，如图3所示，磁轴承包括永磁偏置磁钢组件，永磁偏置磁钢组件包含永磁偏置磁钢12和永磁偏置磁钢支架13，永磁偏置磁钢12由n个永磁块组成，n的取值与磁钢分布角度和直径大小决定，永磁偏置磁钢12采用衫钴或钕铁硼材料，径向充磁，N极和S极指向无限制；永磁偏置磁钢支架13选用不导磁材料，其固定永磁偏置磁钢12的作用。
[0065] 轴向磁轴承定子包含上磁极21和下磁极3。导磁环11设置于上磁极21和下磁极3之间、永磁偏置磁钢12外侧，起传递永磁偏置磁通43和轴向控制磁通44的作用。推力盘52设置在上磁极21与下磁极3之间，推力盘52与轴向磁轴承定子之间留有轴向工作间隙，具体地推力盘52与上磁极21留有上轴向工作间隙46，推力盘52与下磁极3之间留有下轴向工作间隙41。转子叠片53设置在推力盘52外围，与推力盘52过盈配合；固定件54位于转子叠片53两侧，起固定转子叠片53的作用，固定件54呈环形并套设在推力盘的外侧，固定件54和推力盘
52为过盈配合，过盈量取决于配合尺寸直径大小、转速、温差及材料特性。定子叠片14设置在上磁极21与下磁极3之间，并套设在转子叠片53的外圈外，并与转子叠片53之间留有径向工作间隙42；径向控制线圈15设置在定子硅钢叠片14上，每个轴(X、Y)正负磁极串联，产生磁场方向一致；径向控制线圈15与定子叠片14之间设有绝缘隔板16。如图4所示，轴向控制线圈221设置于轴向控制线圈支架222上，轴向控制线圈支架222采用不导磁材料，包括但不限于铝合金材料制成；轴向控制线圈221外设有环氧胶层223，环氧胶层223起保护和固定轴向控制线圈221的作用。定子叠片和转子叠片分别可以为定子硅钢叠片和转子硅钢叠片，定子硅钢叠片采用硅钢片叠压而成，硅钢片之间采用胶水粘结，转子硅钢叠片采用硅钢片叠压而成，硅钢片之间采用胶水粘结，确保导磁性能良好，磁滞低，并尽量降低涡流损耗与磁滞损耗。
52为过盈配合，过盈量取决于配合尺寸直径大小、转速、温差及材料特性。定子叠片14设置在上磁极21与下磁极3之间，并套设在转子叠片53的外圈外，并与转子叠片53之间留有径向工作间隙42；径向控制线圈15设置在定子硅钢叠片14上，每个轴(X、Y)正负磁极串联，产生磁场方向一致；径向控制线圈15与定子叠片14之间设有绝缘隔板16。如图4所示，轴向控制线圈221设置于轴向控制线圈支架222上，轴向控制线圈支架222采用不导磁材料，包括但不限于铝合金材料制成；轴向控制线圈221外设有环氧胶层223，环氧胶层223起保护和固定轴向控制线圈221的作用。定子叠片和转子叠片分别可以为定子硅钢叠片和转子硅钢叠片，定子硅钢叠片采用硅钢片叠压而成，硅钢片之间采用胶水粘结，转子硅钢叠片采用硅钢片叠压而成，硅钢片之间采用胶水粘结，确保导磁性能良好，磁滞低，并尽量降低涡流损耗与磁滞损耗。
[0066] 在一个具体的实施例中，轴向磁轴承定子由上磁极21和下磁极3两个磁极组成。定子叠片14设置在上磁极21与下磁极3之间，并套设在转子叠片53的外圈外，并与转子叠片53之间留有径向工作间隙42。永磁偏置磁钢12同时提供径向和轴向静态偏磁磁通，设置于定子叠片14与导磁环11之间。轴向控制线圈221位于上磁极和下磁极内，由两个完全一致的线圈(分别为第一轴向控制线圈2211和第二轴向控制线圈2212)组成，第一轴向控制线圈2211和第二轴向控制线圈2212相对于永磁偏置磁钢12呈上下对称分布，第一轴向控制线圈2211和第二轴向控制线圈2212串联，产生磁场方向一致。可以理解，第一轴向控制线圈2211和第二轴向控制线圈2212中可以分别通入直流电进行控制。径向控制线圈15设置在定子叠片14上，每个轴(X、Y)正负磁极串联，产生磁场方向一致。推力盘52设置在转轴51外围，与转轴51过盈连接，位于上磁极和下磁极之间，与上磁极和下磁极之间分别留有上下轴向工作间隙。转子硅钢叠片53设置在推力盘52外围，与推力盘52过盈连接，与定子叠片14之间留有径向工作间隙42；转子叠片两端设有固定件，防止硅钢叠片散片。
[0067] 如图3所示，永磁偏置磁钢12位于定子硅钢叠片14和导磁环11之间，磁场方向为径向，由N块完全相同的弧形永磁块均布而成，永磁块所占角度根据偏置磁场设计大小确定。永磁偏置磁钢12产生的永磁磁路经导磁环11后分两路分别至上、下磁极-轴向间隙41-推力盘52-转子硅钢叠片53-径向间隙42-定子硅钢叠片14，最后回归至永磁偏置磁钢12，形成闭环回路。永磁块的均布采用永磁偏置磁钢支架13固定，永磁偏置磁钢支架呈环形，采用非导磁材料，包括但不限于铝合金材料制成。导磁环11、上下磁极均采用软磁材料制成，软磁材料可以为但不限于电工纯铁、低碳钢和导磁不锈钢中的至少一种。定子磁极叠片由四个磁极组成，每个磁极绕有径向控制线圈15，以构成由四个磁极组成的径向磁轴承定子，控制磁轴承径向运动方向。如图5所示，转子组件包括转子和位于推力盘内侧的转轴。推力盘52与转轴51之间为过盈配合，过盈量根据直径大小、转速、温差及材料特性决定；转子叠片53与推力盘52之间为过盈配合，过盈量根据直径大小、转速、温差及材料特性决定；固定件54位于转子叠片53两侧，起固定转子叠片53作用，采用非导磁高强度金属材料制成，包含但不限于钛合金或镍合金，固定件54与推力盘52之间为过盈配合，过盈量根据直径大小、转速、温差及材料特性决定。
[0068] 综上所述，本发明的磁轴承将轴向磁轴承和径向两自由度磁轴承合二为一，通过共用一个永久磁铁(永磁偏置磁钢)作为静态偏置磁场，并使永磁偏置磁钢只提供平衡负载或外界干扰的动磁场，大大降低系统因偏磁电流产生的功率损耗，节约了能源，缩小了功放散热器的体积。
[0069] 轴向控制线圈分散两处(分别为第一轴向控制线圈和第二轴向控制线圈)，增加散热面积，提高磁轴承的使用寿命。转子部分采用推力盘和转子叠片叠加的方案，轴向控制磁通和径向控制磁通各走己路，既降低转子涡流损耗，又防止硅钢片散片现象。
[0070] 转子部分采用推力盘52和转子叠片53叠加方案，轴向控制磁通44和径向控制磁通各走己路，既降低转子涡流损耗，又防止硅钢片散片现象。
[0071] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0072] 本说明书的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
[0073] 在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0074] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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